一種提高二次鋰電池安全性能的方法及結構與流程

技術領域

本發明涉及一種提高電池安全性能的方法及結構，尤其涉及一種提高二次鋰電池安全性能的方法及結構。

背景技術：

進入綠色能源時代以來，電池己逐漸替代燃油被應用于純電動車(EV)、混合電動車(HEV)和插電式混合電動車(PHEV)，同時電池單體容量大型化已成為車用動力電池的發展趨勢，而安全性能是對電動汽車用動力電池的基本要求，電池的安全性能與其容量成反比，容量越大，對電池的安全可靠性設計要求就越高。目前，制約電池在動力電池商業化的主要因素是其安全性能。電池在內外部短路、過充電、過熱等情況下，都有可能導致發生起火、爆炸等不安全行為。電池的失效是多種因素綜合作用的結果，最終則表現為熱失控。

技術實現要素：

本發明的目的在于，提供一種提高二次鋰電池安全性能的方法及結構。它可以有效緩沖二次鋰電池的熱失控，從而提高二次鋰電池的安全性能。

為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案如下：一種提高二次鋰電池安全性能的方法，其特點是：通過在電池上設置與電池緊密結合的低熔點、高導熱系數的金屬，當電池使用過程中發生熱失控情況時，低熔點、高導熱系數的金屬單質或合金可以快速吸收并傳遞熱量，減少電池的熱量聚集，降低熱失控風險，從而提高了電池的安全性能。

上述的提高二次鋰電池安全性能的方法中，所述低熔點、高導熱系數的金屬熔點為40℃～650℃，導熱系數為20W/(m?K)～500 W/(m?K)。

前述的提高二次鋰電池安全性能的方法中，所述低熔點、高導熱系數的金屬為為錫、鋅、鋅錫合金或鉛錫合金。

前述的提高二次鋰電池安全性能的方法中，所述電池緊密結合的低熔點、高導熱系數的金屬以片狀結構包覆在電池的電芯外側；或以片狀結構包覆在電池的封裝層外側；或以多個片狀的形式添加在電芯內側；或以棒狀形式設置在電池的圓柱卷芯中心。

前述的提高二次鋰電池安全性能的方法中，當所述電池緊密結合的低熔點、高導熱系數的金屬為片狀結構時，其厚度為5μm～5mm。

實現前述方法的一種二次鋰電池結構：包括電池電芯和電池電芯外側的封裝層；所述電池電芯外包覆有一圈材質為低熔點、高導熱系數金屬的金屬包覆層；所述電池電芯為疊片電芯或卷繞電芯。

實現前述方法的第二種二次鋰電池結構：包括帶封裝層的電池主體，電池主體外側包覆有一圈材質為低熔點、高導熱系數金屬的金屬包覆層。

實現前述方法的第三種二次鋰電池結構：包括由多個疊層單元疊合而成的電池電芯，電池電芯外側設有封裝層；所述疊層單元包括正極片和負極片，正極片和負極片之間設有隔膜；各個疊層單元之間和電池電芯最外側也均設有隔膜；所述電池電芯的一個或多個疊層單元中設有材質為低熔點、高導熱系數金屬的金屬片。

實現前述方法的第四種二次鋰電池結構：包括圓柱電池卷芯和其外側的封裝層，圓柱電池卷芯中心插設有材質為低熔點、高導熱系數金屬的金屬棒。

與現有技術相比，本發明通過在電池上設置與電池緊密結合的低熔點、高導熱系數的金屬，當電池使用過程中發生熱失控情況時，低熔點、高導熱系數的金屬單質或合金可以快速吸收并傳遞熱量，減少電池的熱量聚集，降低熱失控風險，從而提高了電池的安全性能。

附圖說明

圖1是本發明實施例1的電池電芯示意圖；

圖2是本發明實施例2的結構示意圖；

圖3是本發明實施例3的電池電芯的疊層單元結構示意圖；

圖4是本發明實施例4的圓柱電池卷芯的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步的說明。

實施例1：內覆膜式二次鋰電池結構，包括電池電芯1（外表面帶隔膜）和電池電芯1外側的封裝層；所述電池電芯1外包覆有一圈材質為低熔點、高導熱系數金屬的金屬包覆層2，如圖1所示；所述電池電芯1為疊片電芯或卷繞電芯，即二次鋰電池分別為方形電池和圓柱形電池。金屬包覆層2所使用的金屬為熔點為40℃～650℃，導熱系數為20W/(m?K)～500 W/(m?K)的錫、鋅、鋅錫合金或鉛錫合金。金屬包覆層2厚度為5μm～5mm。

實施例2。外覆膜式二次鋰電池結構，如圖2所示，包括帶封裝層的電池主體3，電池主體3外側包覆有一圈材質為低熔點、高導熱系數金屬的金屬包覆層2。金屬包覆層2所使用的金屬為熔點為40℃～650℃，導熱系數為20W/(m?K)～500 W/(m?K)的錫、鋅、鋅錫合金或鉛錫合金。金屬包覆層2厚度為5μm～5mm。

實施例3。方形二次鋰電池結構，如圖3所示，包括由多個疊層單元疊合而成的電池電芯，電池電芯外側設有封裝層；所述疊層單元包括正極片101和負極片102，正極片101和負極片102之間設有隔膜103；各個疊層單元之間和電池電芯最外側也均設有隔膜103；所述電池電芯1的一個或多個疊層單元中設有材質為低熔點、高導熱系數金屬的金屬片104。金屬片104所使用的金屬為熔點為40℃～650℃，導熱系數為20W/(m?K)～500 W/(m?K)的錫、鋅、鋅錫合金或鉛錫合金。金屬包覆層2厚度為5μm～5mm。所述的正極片、負極片均由特定的設備沖壓切割而成，正、負極片無棱角、無毛刺。疊入金屬片的電池電芯經封裝、烘烤、注液及檢測等，最后得到所述方形二次鋰電池。

實施例4。圓柱形二次鋰電池結構，如圖4所示，包括圓柱電池卷芯4和其外側的封裝層，圓柱電池卷芯4中心插設有材質為低熔點、高導熱系數金屬的金屬棒401。金屬棒401所使用的金屬為熔點為40℃～650℃，導熱系數為20W/(m?K)～500 W/(m?K)的錫、鋅、鋅錫合金或鉛錫合金。

性能試驗。對實施例1和2的電池進行加熱觸發熱失控測試，觸發電池發生內部短路，測試電池在試驗過程中未起火，電池表面最高溫度221℃。熱失控觸發方法如下圖示例，依據標準《電動客車安全技術條件》附錄B蓄電池單元熱失控實驗。

對比例1：本例中對未加入低熔點、高導熱系數金屬的同結構同容量電池進行加熱觸發熱失控測試，試驗發現測試電池在試驗過程中起火，電池表面最高溫度500℃。

而對于實施例3和實施例4，最終測試的電池表面最高溫度相對于實施例1和2更低，安全性能更佳。